基于智能手機(jī)的課堂簽到軟件設(shè)計(jì)

謝金興 王春陽

摘要：本文根據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全中的“身份認(rèn)證”的概念的思想，設(shè)計(jì)出了多種可實(shí)際用于實(shí)現(xiàn)課堂簽到的方法。可運(yùn)用其中方法，實(shí)現(xiàn)基于智能手機(jī)的課堂簽到軟件，可有效提高學(xué)生的到課率，減輕教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)，促進(jìn)學(xué)校優(yōu)良學(xué)風(fēng)的形成。

關(guān)鍵詞：簽到；智能手機(jī)；考勤

中圖分類號：TP302 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）06-0156-02

1 研究意義

據(jù)調(diào)查，目前我國的大多數(shù)高校，在學(xué)生管理方面仍然采用傳統(tǒng)的手工作業(yè)或者半手工作業(yè)方式。大部分教師在學(xué)生考勤方面，仍然采取點(diǎn)名、手工記錄等方式，嚴(yán)重浪費(fèi)師生共同的課堂時(shí)間。而對于指紋識別、人臉頭像識別等新型技術(shù)，由于設(shè)備比較昂貴、實(shí)施成本高，不適合大規(guī)模推廣。因此我們希望有一款簡單易用的課堂簽到軟件，來協(xié)助教師有效的督促學(xué)生按時(shí)上課認(rèn)真學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的到課率，減輕教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)，促進(jìn)學(xué)校優(yōu)良學(xué)風(fēng)的形成。

2 應(yīng)用設(shè)計(jì)思路引入

課堂簽到即向教師表明個(gè)體已到達(dá)教室上課。而網(wǎng)絡(luò)安全中的“身份認(rèn)證”的概念為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中確認(rèn)操作者身份的過程。鑒于課堂簽到本質(zhì)上即向教師認(rèn)證自己個(gè)人身份的過程，我們可以在此引入網(wǎng)絡(luò)安全中“身份認(rèn)證”的方法來實(shí)現(xiàn)課堂簽到[1-2]。

下面首先介紹網(wǎng)絡(luò)安全中“身份認(rèn)證”的概念及身份認(rèn)證的方法。

3 身份認(rèn)證

身份認(rèn)證即在計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中確認(rèn)操作者身份的過程。

身份識別是用戶向系統(tǒng)聲稱其身份的方法。

用于用戶身份認(rèn)證的方法一般有四種：

（1）用戶所知道的信息：如常用的口令、密鑰、用戶標(biāo)識碼PIN等； （2）用戶所擁有的物品：如身份證、存有密鑰的智能卡，物理鑰匙等，常被稱為令牌；（3）用戶的生理特征（靜態(tài)生物特征）：如指紋、DNA、虹膜、人臉等[3]；（4）用戶的行為特征（動態(tài)生物特征）：如語言模式、筆跡特征、打字節(jié)奏等。

另外并不是所有的生物特征都可用來進(jìn)行身份識別，只有滿足以下條件的生理或行為特征才可以用來作為身份識別的依據(jù)：

（a）普遍性：每個(gè)人都應(yīng)該具有該特征；（b）唯一性：每個(gè)人在該特征上有不同的表現(xiàn)；（c）穩(wěn)定性：該特征相對穩(wěn)定，不會隨著年齡等變化；（d）易采集性：該特征應(yīng)該容易測量；（e）可接受性：人們是否接受以該特征作為身份識別。

4 應(yīng)用設(shè)計(jì)思路分析

筆者認(rèn)為課堂簽到即在現(xiàn)實(shí)生活中低要求的身份認(rèn)證。在傳統(tǒng)課堂中教師點(diǎn)名學(xué)生回應(yīng)答到來完成課堂簽到的過程即學(xué)生向教師聲稱其身份的方法。而我們希望有一種學(xué)生向系統(tǒng)來聲稱其身份的方法，即利用軟件系統(tǒng)來自動化的實(shí)現(xiàn)課堂簽到。

借助于用戶身份認(rèn)證的四種方法，經(jīng)過一一對比，我們有如下的軟件設(shè)計(jì)思路：

（1）基于用戶所知道的信息。由于課堂簽到較身份認(rèn)證不僅需要認(rèn)證身份還需要認(rèn)證主體所在地點(diǎn)，而用戶所知道的信息完全可以輕易流通而不受地點(diǎn)以及個(gè)體的限制，因此在該認(rèn)證方法在課堂簽到中行不通。（2）基于用戶所擁有的物品。如身份證、存有密鑰的智能卡，物理鑰匙等，而這一系列的物品由于不具有和身體在物理位置上相關(guān)聯(lián)的特性，因此不能證明個(gè)體用戶所處在的位置。而隨著智能手機(jī)的大量應(yīng)用，人們的生活越來越離不開手機(jī)，機(jī)主在絕大部分時(shí)間都會隨身攜帶手機(jī)。因此具有和機(jī)主所處地理位置的相關(guān)性，因此可利用手機(jī)來當(dāng)作機(jī)主（學(xué)生）身份認(rèn)證的橋梁。（3）基于用戶的生理特征（靜態(tài)生物特征）。如指紋、DNA、虹膜、人臉等。這系列的生理特征完全可以認(rèn)證個(gè)體的唯一性，但是還需要對個(gè)體地理位置進(jìn)行驗(yàn)證。因此需要將此類認(rèn)證設(shè)備架設(shè)在教室或者需要考勤的地點(diǎn)。此類簽到方式早已在生活中得到廣泛的應(yīng)用，如公司門口的指紋簽到機(jī)、人臉識別簽到機(jī)等等。但是該方法卻不適合應(yīng)用在校園的課堂簽到，暫且不考慮安裝簽到機(jī)的開銷巨大，而且單單從實(shí)用性方面考量也會發(fā)現(xiàn)，此簽到方法由于需要每個(gè)簽到個(gè)體獨(dú)占考勤設(shè)備進(jìn)行簽到，因此在個(gè)體數(shù)量較大時(shí)需要耗費(fèi)大量課堂寶貴時(shí)間，有時(shí)簽到效率甚至?xí)陀趥鹘y(tǒng)低成本的口頭點(diǎn)名方法。因此該方法不適用于校園這種時(shí)間密集型簽到場所。（4）基于用戶的行為特征（動態(tài)生物特征）：如語言模式、筆跡特征、打字節(jié)奏等。此種方式由于其需要收集大量用戶信息來完成特征庫的建設(shè)，在普通軟件上的應(yīng)用較為繁瑣。因此我們不打算將其應(yīng)用在身份認(rèn)證的機(jī)制上。

5 應(yīng)用設(shè)計(jì)思路

通過以上分析比對，我們篩選出了以下5種完成用戶簽到的方法。

（1）通過手機(jī)當(dāng)作認(rèn)證載體，利用手機(jī)GPS定位功能來確定簽到者的位置來完成簽到的認(rèn)證。（2）通過手機(jī)當(dāng)作認(rèn)證載體，利用二維碼技術(shù)“掃一掃”來實(shí)現(xiàn)簽到。教師在課前幾分鐘的時(shí)間里，打開簽到軟件，軟件自動生成二維碼，供學(xué)生掃碼來實(shí)現(xiàn)簽到，為防止學(xué)生拍照二維碼發(fā)給不在場的同學(xué)完成簽到，此簽到二維碼需要每隔一定的微小時(shí)間間隔來自動刷新。在此過程中，二維碼充當(dāng)證明簽到者所處位置的載體。（3）通過手機(jī)當(dāng)作認(rèn)證載體，利用重力傳感器、加速度傳感器的“搖一搖”來實(shí)現(xiàn)簽到。簽到過程為：簽到時(shí)，教師要求同學(xué)們拿出手機(jī)打開簽到軟件，教師和同學(xué)們一起以相同的頻率來搖晃手機(jī)。手機(jī)內(nèi)部的重力傳感器、加速度傳感器記錄下晃動數(shù)據(jù)并上傳到服務(wù)器，服務(wù)器將數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合對比后，最終聲稱簽到成功的名單。此簽到過程具有很強(qiáng)的時(shí)效性，不在場同學(xué)完全偽造不出同樣的搖晃頻率，并且該簽到方式新穎、操作簡單，因此具有很強(qiáng)的應(yīng)用性。（4）通過手機(jī)當(dāng)作認(rèn)證載體，利用NFC“碰一碰”實(shí)現(xiàn)簽到。NFC（Near Field Communication）即近場通訊技術(shù)。通過NFC設(shè)備間的簡單接觸，就可實(shí)現(xiàn)兩臺設(shè)備的信息交換。學(xué)生使用具有NFC功能的手機(jī)觸碰教室里設(shè)置的NFC標(biāo)簽，手機(jī)讀取信息后自動向服務(wù)器發(fā)送簽到成功的消息，即可完成簽到。此方法傳輸速度快，成本低廉，但具有NFC功能的手機(jī)尚未完全普及，此簽到方法可以和其他方法結(jié)合使用。

6 應(yīng)用特點(diǎn)

（1）使用手機(jī)作為簽到載體，通過學(xué)生向系統(tǒng)（手機(jī)）聲明身份的方法，極大的簡化了教師查勤的流程。可以方便快捷的完成課堂簽到。（2）采用一機(jī)一生制，在初次注冊使用時(shí)便將IMEI（International Mobile Equipment Identity）移動設(shè)備國際識別碼和學(xué)生學(xué)號進(jìn)行綁定，杜絕利用其他同學(xué)手機(jī)進(jìn)行簽到的作弊行為。（3）基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中“身份認(rèn)證”的概念和學(xué)生實(shí)際使用方式來設(shè)計(jì)的簽到系統(tǒng)，具有高準(zhǔn)確性和高可用性。

7 結(jié)語

本設(shè)計(jì)基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中“身份認(rèn)證”的概念[4]在智能手機(jī)平臺設(shè)計(jì)出了一套課堂簽到軟件。實(shí)現(xiàn)了學(xué)生向系統(tǒng)（手機(jī)）聲明身份的方法，通過智能手機(jī)識別學(xué)生身份（和位置），進(jìn)而向服務(wù)器端發(fā)送簽到消息，然后由服務(wù)器端對簽到數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而確定該生是否簽到成功。學(xué)生和教師也可方便地在手機(jī)端查詢各個(gè)課堂的出勤情況。該簽到軟件極大的節(jié)省了上課簽到的時(shí)間。此外也可將此系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入學(xué)校的其他評價(jià)系統(tǒng)，進(jìn)而更加全面的對學(xué)生進(jìn)行各項(xiàng)考評。

參考文獻(xiàn)

[1]曲建龍.基于移動定位的手機(jī)考勤管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2014：1-64.

[2]狄三云，宋麗紅，張鎧.基于 Android 的手機(jī)簽到系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2014，（7）：104-108.

[3]孫冬梅，裘正定.生物特征識別技術(shù)綜述[J].電子學(xué)報(bào)，2001，（S1）：1744-1748.

[4]李中獻(xiàn)，詹榜華，楊義先.認(rèn)證理論與技術(shù)的發(fā)展[J].電子學(xué)報(bào)，1999，（1）：98-103.

Abstract：Based on the concept of "authentication" in network security， this paper designs a variety of methods that can be used to implement classroom signing. The method can be used to implement the smart phone-based classroom signing software， which can effectively improve the student's arrival rate， reduce the teacher's teaching burden， and promote the formation of excellent school style.

Key words：check-in； smartphone； attendance